(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力エネルギー装置用の回転翼要素であり、
−  表面箔と、
−  硬化可能樹脂と、
を含み、繊維材料が前記硬化可能樹脂で浸透された回転翼要素であって、前記硬化可能樹脂及び前記表面箔が共に取り外し不可能に結合されて前記回転翼要素の一体化部分を形成し、
−  前記表面箔が前記硬化可能樹脂と化学的に反応した回転翼要素。
【請求項２】
前記反応が、前記硬化可能樹脂と前記表面箔との間の共有結合の形成を含むことを特徴とする請求項１に記載の回転翼要素。
【請求項３】
前記回転翼要素が、ウェブ材と、回転翼外殻体およびその部品と、回転翼前縁部と、回転翼後縁部と、回転翼先端と、桁フランジと、付着アングル部材と、フランジ補強と、当接支持手段用の内部補強と、バラストチャンバおよびバランスチャンバとから構成される群から選択される、請求項１または２に記載の回転翼要素。
【請求項４】
次の寸法、すなわち、
−  外殻体、回転翼の圧力側および／または回転翼の吸い込み側、桁フランジ、付着アングル部材：長さ１ｍ〜１５０ｍ、最大幅０．０５ｍ〜２０ｍ、
−  ウェブ材：長さ０．２ｍ〜１５０ｍ、最大幅：０．０１ｍ〜２０ｍを有する、請求項１から３のいずれか一項に記載の回転翼または回転翼要素。
【請求項５】
前記表面箔の面積が、０．００１ｍ２〜３０００ｍ２である、請求項１から４のいずれか一項に記載の回転翼要素。
【請求項６】
前記表面箔が、
ａ）２０〜２５００μｍの平均厚さ、または、
ｂ）３〜２５００μｍの有効厚さ、または、
ｃ）２０〜２５００μｍの平均厚さ及び３〜２５００μｍの有効厚さを有する、請求項１から５のいずれか一項に記載の回転翼要素。
【請求項７】
前記表面箔が深絞り箔である、請求項１から６のいずれか一項に記載の回転翼要素。
【請求項８】
前記表面箔が、次のポリマー、すなわち、ＡＢＳ、ＡＭＭＡ、ＡＳＡ、ＣＡ、ＣＡＢ、ＥＰ、ＥＶＡ、ＵＦ、ＣＦ、ＭＦ、ＭＰＦ、ＰＦ、ＰＡＮ、ＰＡ、ＰＥ、ＨＤＰＥ、ＬＤＰＥ、ＬＬＤＰＥ、ＰＣ、ＰＥＴ、ＰＭＭＡ、ＰＰ、ＰＳ、ＳＢ、ＰＵＲ、ＰＶＣ、ＲＦ、ＳＡＮ、ＰＢＴ、ＰＰＥ、ＰＯＭ、ＰＰ−ＥＰＤＭ、およびＵＰの１種類以上のポリマー箔、及びポリウレタン箔である、請求項１から７のいずれか一項に記載の回転翼要素。
【請求項９】
前記硬化可能樹脂がエポキシ樹脂タイプの反応樹脂である、請求項１から８のいずれか一項に記載の回転翼要素。
【請求項１０】
前記表面箔に、前記繊維材料と反対側のその面において、離型被膜が装着される、請求項１から９のいずれか一項に記載の回転翼要素。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか一項に記載の回転翼要素を備えた回転翼。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか一項に記載の回転翼を備えた風力エネルギー装置。
【請求項１３】
風力エネルギー装置用の回転翼または回転翼要素の製造方法であって、次のステップ、すなわち、
ａ）型を用意するステップと、
ｂ）前記型内に表面箔を装着し、あるいは離型剤を張着するステップと、
ｃ）繊維材料としての成形体を前記型の中に装着し、場合によっては回転翼または回転翼要素の別の構成部品を装着し、および／または、場合によっては硬化可能樹脂用の流動補助剤を塗布するステップと、
ｄ）表面箔を張り付けるステップであって、少なくともステップｂ）およびｄ）のいずれかにおいて表面箔を装着または張り付けるステップと、
ｅ）一体型の回転翼または回転翼要素を形成するために、繊維材料としての成形体に硬化可能樹脂を含浸させ、かつ前記表面箔および前記硬化可能樹脂が反応するように前記硬化可能樹脂を硬化させるステップと、
を含み、
前記硬化可能樹脂及び前記表面箔が共に取り外し不可能に結合されて前記回転翼要素または前記回転翼の一体化部分を形成し、
前記表面箔が前記硬化可能樹脂と化学的に反応することを特徴とする製造方法。
【請求項１４】
前記反応が、前記表面箔と前記硬化可能樹脂との間の共有結合の形成を含む請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
風力エネルギー装置の回転翼要素の修理方法であって、次のステップ、すなわち、
ａ）回転翼要素に繊維材料を張着するステップと、
ｂ）前記繊維材料を表面箔でカバーするステップと、
ｃ）場合によっては、前記表面箔でカバーされた繊維材料に成形体を装着するステップと、
ｄ）前記繊維材料から気体を吸引するステップと、
ｅ）前記繊維材料に硬化可能樹脂を作用させるステップと、
を備える方法であって、
ｆ）前記硬化可能樹脂及び前記表面箔が共に取り外し不可能に結合されて前記回転翼要素の一体化部分を形成するように、前記硬化可能樹脂を前記表面箔と反応させるステップであって、前記表面箔が前記硬化可能樹脂と化学的に反応する、ステップを特徴とする修理方法。
【請求項１６】
前記反応が、前記表面箔と前記硬化可能樹脂との間の共有結合の形成を含む請求項１５に記載の修理方法。
【請求項１７】
ステップｅ）の前に、前記表面箔および／または前記成形体に真空箔を装着する、請求項１４に記載の修理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力エネルギー装置用の回転翼および回転翼要素と、回転翼そのものと、修理方法を含む回転翼要素または回転翼の製造方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
風力エネルギー装置用の回転翼は以前から知られており、例えば、独国特許出願公開第１０２００４００７４８７Ａ１号明細書および独国特許出願公開第１０３１９２４６Ａ１号明細書に記載されている。この回転翼は、その運転中に、風圧、浸食、温度変化、ＵＶ入射並びに降水によって高負荷に曝露される。しかし、回転翼は、同時に、設けられる可能性がある回転翼のボス並びにそれに付随する軸受と、風力エネルギー装置のタワーとに作用する曲げ負荷を低く維持するように極力軽量のものでなければならない。回転翼を個々の要素から製造すること、および、これらの要素を相互に結合して中空チャンバ状の回転翼を構成することが合理的であると認められてきた。回転翼の要素としては、通常、回転翼の圧力側と、回転翼の吸い込み側と、この回転翼の圧力側および吸い込み側を結合しかつ補強するための１つ以上の結合ウェブ材とが用いられる。また、回転翼の圧力側および吸い込み側を一体的に製造すること、および、この製造時にウェブ材を必要な位置に配置してしまうことも適切であることが判明している。
【０００３】
回転翼および回転翼要素は、通常、成形法によって製造される。この方法においては、繊維材料、および／または芯材、特にバルサ木材を、回転翼要素の型の中に装着して、上記のような負荷を受け得る複合材を形成するために、硬化性の樹脂を作用させる。この場合、樹脂は、真空含浸法における含浸樹脂として用いるのが適切である。このような複合要素のための製造方法が、例えば独国特許出願公開第１０３４４３７９Ａ１号明細書に記載されており、その内容は、参照によって完全に本願に組み入れられる。このような含浸法の場合、最初に、製作型の中に、離型剤、例えば離型箔、あるいは分離剤を張り付け、その上に、繊維材料、例えばガラス繊維層を載置して真空箔でカバーする。真空箔は、製作型の縁に沿ってシールされる。繊維材料から空気を吸引すると、真空箔および製作型の間に、時には「真空」とも呼称される減圧部が生成される。同時に、硬化可能な含浸樹脂を、貯留容器から減圧が生じている部分に、繊維材料に浸透してその中に均等に分布するように注入する。この場合、特に、安定性を損なう気体の閉じ込めおよび微細気泡を生じないようにするため、繊維材料にできるだけ完全に浸透させることに配慮しなければならない。通常、硬化可能な含浸樹脂用の複数の供給ラインによって、含浸樹脂の繊維材料への均等な浸透を促進することが試みられる。硬化可能な含浸樹脂は、さらに製作型内において、繊維材料と結合して強固な複合要素となるように、その硬化反応が進められる。場合によっては、複合要素を製作型から取り出した後にさらに硬化させることが可能である。
【０００４】
上記のような既知の成形法においては、硬化した複合要素が型に付着するのを防止するために、あるいは、成形された複合要素の表面を大きく損傷することなく型からの複合要素の剥離を可能にするために、離型に関して特別な安全措置を講じなければならない点が欠点である。このため、本発明以前には、例えば、使用する型に離型被膜を使用しなければならず、および／または、繊維材料を装着するに先立って、型に、離型箔または同等のものを張らなければならない。この離型箔などは、被成形複合要素の成形後に剥離して処分しなければならないものであった。離型箔およびその使用については、例えば、ハンドブック「繊維複合構造：熱硬化性マトリックスによる製作法（Ｆａｓｅｒｖｅｒｂｕｎｄｂａｕｗｅｉｓｅｎ：Ｆｅｒｔｉｇｕｎｇｓｖｅｒｆａｈｒｅｎ  ｍｉｔ  ｄｕｒｏｐｌａｓｔｉｓｃｈｅｒ  Ｍａｔｒｉｘ）」、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ出版、１９９９年、に「分離箔（Ｔｒｅｎｎｆｏｌｉｅｎ）」の見出し語で記述されている。さらに、真空箔としての箔が必要になる。この箔は、繊維材料をカバーして、硬化性樹脂を含浸させる間の空気の進入を防止する。この真空箔も、同様に、含浸処理後に、回転翼または回転翼要素から取り外さなければならない。さらに、真空含浸法において製造される複合要素は、その表面およびその内部に微細気泡を有する。特に、回転翼または回転翼要素の表面における微細気泡は、それが表面の凹凸を生じさせるので問題である。この表面の凹凸は、天候の影響が生じる起点になり、従って表面の耐久性を損なう可能性がある。同様に、回転翼要素または回転翼の内部の微細気泡も、回転翼または回転翼要素の耐久性および／または安定性を減退させる可能性がある。従って、硬化可能な含浸樹脂が完全に硬化してしまう前に、微細気泡をシーラーによって閉じ込めることが必要になる場合が多い。同様に、表面に位置する微細気泡を閉じ込めるために、表面の再仕上げ処理が必要になる場合も多い。
【０００５】
できるだけ耐久性があり、かつ、天候の影響および浸食に対して抵抗力のある表面を形成するために、独国特許出願公開第１０３４４３７９Ａ１号明細書に記載されているようなゲルコート法による表面被膜を用いることが試みられた。この場合、この方法においては、ゲルコート混合物が繊維材料で覆われ得る程度に反応してしまうまで、最大加工処理時間を確保しなければならない点が欠点である。これは、回転翼または回転翼要素の製造方法の好ましくない遅延をもたらす。さらに、ゲルコート混合物を張り付けた後、さらなる操作を速やかに実施して、含浸樹脂および部分的に硬化したゲルコート混合物の反応を可能にしなければならない。可使時間経過後にあまり長い待機時間があると、含浸樹脂およびゲルコート表面被膜は十分に相互に結合せず、その結果、その方法で製造された回転翼要素または回転翼の耐久性が低下する。従って、ゲルコート法を使用する場合、回転翼要素または回転翼の製造を任意に中断することは不可能である。すなわち、好ましくないことに、回転翼要素または回転翼の製造における柔軟性がなくなる。同様に、使用するゲルコート混合物に応じて、離型剤の選択が制限されることも欠点である。離型剤およびゲルコート混合物が相互に適合しない場合は、表面の欠陥箇所が形成される。さらに、ゲルコート混合物の製造において、その構成成分が不十分にしか混合されないという可能性が排除され得ない。これは、例えば塗料が十分に付着し得ないような欠陥箇所を有する不均質構造の表面をもたらす。このような欠陥箇所に対しては、塗料の剥離の早期発生を防止するために、労力がかかる手作業による再仕上げ処理を行う必要がある。さらに加えて、ゲルコート混合物は流動性を有するので、それを製作型内に張り付けた場合、それがこの型内で流下する傾向を有することになる。従って、ゲルコート法で製造される表面被膜のあらゆる位置における十分な厚さを確保するために、過剰量のゲルコート混合物を用いることが必要になる。それでもなお、ゲルコート法で製造された表面被膜は、回転翼または回転翼要素のあらゆる位置において均等な厚さにすることはできない
【０００６】
上記の製造方法は、非常に時間が掛かり、かつ、それに用いる材料、特に表面被膜および使い捨て品として使用される離型箔によって環境に負荷を及ぼす。その他に、例えば、離型箔によって惹起される表面の溝および角部を均すために、あるいは、複合要素を型から取り外す際に欠陥のある離型被膜によって生じる表面の損傷を修理するために、複合要素の表面、特に回転翼または回転翼要素の表面の後処理が必要になる場合が多い。さらに、特に離型箔の代わりに離型被膜を使用する場合に、回転翼または回転翼要素の表面上に離型剤の残渣が残る可能性があるが、この離型剤の残渣は、労力をかけて手で除去しなければならず、生じる表面欠陥を修理しなければならない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
以上のような背景技術を前提として、本発明は、上記の欠点を取り除くこと、または低減することを目的とする。本発明のさらなる利点は、実施例を含む以下の説明において明確に記述するので、当業者には明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
従って、本発明によれば、表面箔および硬化可能樹脂を有する回転翼および回転翼要素が提示される。この場合、この樹脂および表面箔は相互に反応している。
【０００９】
その表面上に箔が配置された回転翼または回転翼要素は、確かに、原理的にはすでに知られている。しかし、この箔は、例えば、真空箔または離型箔のように回転翼または回転翼要素から取り外すことができるか、あるいは、この箔は、回転翼要素を形成するために樹脂と反応しているのではなくて、むしろ、浸食防止箔のように回転翼または回転翼要素上に接着されるか、または、その後に別の方法で回転翼または回転翼要素に場合によっては取り外し可能に固定されている。しかし、本発明によれば、表面箔を樹脂または繊維材料と結合するための接着剤を避けることができる。接着剤は、経験によれば、風力エネルギー装置の回転翼または回転翼要素の運転の間に機能しなくなる可能性があり、その場合、浸食防止箔は、部分的にまたは完全に回転翼または回転翼要素から剥離するので、本発明は、この欠陥源を取り除くことを可能にする。これに加えてさらに、浸食防止箔のような接着箔は、箔の境界となる端部を有し、回転翼または回転翼要素の残りの部分は曝露されることになる。この端部においては、天候の影響を受け易く、箔の損傷および稼動寿命の低下という結果がもたらされる。ついでながら、この浸食防止箔は、回転翼または回転翼要素の形状付与にも役立つのではなく、摩耗用として想定されたものであるので、冒頭に述べた回転翼および回転翼要素に対する要件を満たす必要はないのである。従って、当業者は、すでに成形済みの回転翼または回転翼要素に後から補充的に接着されるこのような箔を、回転翼または回転翼要素の成形用の対象としては考えない。本発明の趣旨においては、表面箔という用語は、硬化可能樹脂が少なくとも部分的に硬化した後には、その箔を、その箔および／またはその樹脂の破壊なしにはその樹脂から取り外すことができない程度までその樹脂と反応したような箔のことを言うと理解する。従って、本発明の趣旨においては、表面箔は、樹脂と取り外し不可能に（「一体的に」）結合されている。これは、以下に述べるような付着剥離値を決定することによって検証することが望ましい。表面箔は、樹脂と箔との反応を妨げるかまたは阻止するような被膜を有しないことが望ましい。
【００１０】
本発明による回転翼または回転翼要素は、特にその製造時に一連の利点を有する。特に、箔の材料を適切に選択すると、回転翼または回転翼要素の製造に使用する可能性がある型の特別な離型箔または分離剤を省略できる。さらに、本発明によって、回転翼および回転翼要素の製造において、真空箔を省略することが可能になり、このため、回転翼および回転翼要素の成形時に多くのステップが節減される。節減し得るステップとしては、特に、被装着真空箔および／または離型箔の装着および検査、並びに、成形済み回転翼または回転翼要素からの真空箔および／または離型箔の分離および処分、並びに、本発明によらない場合には、例えば、離型箔によって生じる溝または角部のような表面欠陥を均等化するために場合によって必要になる表面の後処理、が挙げられる。従って、本発明は、回転翼および回転翼要素の製造方法の加速化と、製造コストの低減とをきわめて高度に可能にする。さらに加えて、本発明による回転翼要素または回転翼は、表面箔が装着される表面に微細気泡が生じないように製造可能であるので、シーラーを用いる必要がない。微細気泡が存在しないということは、従来型の回転翼要素および回転翼に比べて、耐候性および耐浸食性が有利に改善されるという結果をもたらす。またさらに、本発明による回転翼要素または回転翼は、表面箔によって形成される均等な厚さの表面被膜を有する。この被膜厚さは、以下に詳述するように、ゲルコート法において塗布される液体の場合には繰り返し観察されるように、小面積上において大きく変動することはない。
【００１１】
そもそも、冒頭に述べた回転翼および回転翼要素に対する高い要求に適い、かつ同時に、回転翼要素または回転翼を形成するための硬化可能樹脂と反応し得る箔を見出し得るということが特に驚きであった。本発明の技術分野においては、これまで、回転翼または回転翼要素の全稼動寿命に比べて耐久性が低い単なる使い捨て箔および摩耗箔、特に真空箔、離型箔および浸食防止箔のみが用いられてきたという理由から、これは、特に予期し得ないことだったのである。さらに、当業者は、樹脂と表面箔との反応によって、表面箔の材料特性が変化することを考慮しなければならなかった。回転翼または回転翼要素の長い稼動寿命を追求してきたという事情から、そもそも、被成形回転翼または回転翼要素の製造に対して表面箔の使用を詳細に探求することは、当業者にとっては、全くリスクが高く、あるいは成功の見込みが少ないと思われたのである。
【００１２】
表面箔および樹脂は、相互に化学的に反応しているのであって、単に、例えば付着のような物理的作用または減圧によって相互に結合しているのではない。この反応は、箔材料と硬化した樹脂もしくは硬化中の樹脂との間の共有結合の形成を惹起するものであることが望ましい。表面箔は、上記のような反応によって回転翼と取り外し不可能に（「一体的に」）結合される。表面箔および樹脂に適した材料については以下に詳述する。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の特に好ましい実施形態においては、回転翼または回転翼要素が繊維材料を含み、この繊維材料には、硬化可能樹脂、あるいは製作された回転翼要素または回転翼内で硬化した樹脂を浸透させてある。好ましい繊維材料はガラス繊維および／または炭素繊維である。回転翼または回転翼要素は、繊維材料の他に、別の芯材、例えば白樺木材および／またはバルサ木材要素、および／または発泡体をも構造体として含むことができる。本明細書、実施例、および請求項において回転翼または回転翼要素に言及する場合は、この回転翼または回転翼要素は、文脈において明確に他の意味が読み取られない限り、繊維材料を含みかつ樹脂を浸透させた回転翼または回転翼要素をも意味する。このような繊維材料含有回転翼および回転翼要素の利点は、軽量でありながら安定性を有することである。樹脂硬化前のその良好な成形性も、同様に有利である。
【００１４】
風力エネルギー装置用の本発明による回転翼要素は、好ましくは、ウェブ材、回転翼外殻体およびその部品、特に圧力側（回転翼圧力側とも言う）または吸い込み側（回転翼吸い込み側とも言う）の半外殻体、回転翼前縁部、回転翼後縁部、回転翼先端、桁フランジ、付着アングル部材、フランジ補強、当接支持手段用の内部補強、バラストチャンバ、あるいはバランスチャンバである。本発明による特に好ましい回転翼要素は、吸い込み側および圧力側の半外殻体である。
【００１５】
このような回転翼要素の一部は大きな寸法を有する。これは、表面箔に付加的な要求が課されることを意味する。それは、従来の状況においては、多数の箔材料が十分な寸法において市販されていないからである。回転翼要素および回転翼の特に好ましい寸法は次のとおりである。すなわち、
−回転翼の圧力側および／または回転翼の吸い込み側を含む外殻体、桁フランジ、付着アングル部材：長さ１ｍ〜１５０ｍ、好ましくは１．８ｍ〜８０ｍ、特に好ましくは３ｍ〜６０ｍ；最大幅０．０５ｍ〜２０ｍ、好ましくは０．１ｍ〜１２ｍ、特に好ましくは０．２ｍ〜７ｍ；
−ウェブ材：長さ０．２ｍ〜１５０ｍ、好ましくは０．５ｍ〜８０ｍ、特に好ましくは１ｍ〜５０ｍ；最大幅０．０１ｍ〜２０ｍ、好ましくは０．０３ｍ〜１２ｍ、特に好ましくは０．０５ｍ〜７ｍ、
である。
【００１６】
これに対応して、表面箔の面積が、０．００１ｍ２〜３０００ｍ２、好ましくは０．００３ｍ２〜１３００ｍ２、特に好ましくは０．００５ｍ２〜５００ｍ２の回転翼または回転翼要素が望ましい。
【００１７】
この場合、回転翼または回転翼要素の表面箔が単一品であり、複数の分離した箔片から構成されていないことが特に望ましい。従って、実施例を含む本明細書並びに請求項において表面箔に言及する場合は、この表面箔は、個々に他の形態が指示されない限り常に、少なくとも１つの単一品としての表面箔をも意味する。
【００１８】
しかし、溶接可能な表面箔を設けること、従って、回転翼または回転翼要素が、本来は複数の個々の表面箔であって溶接によって相互に結合された表面箔を有することも本発明の別の１つの好ましい実施形態である。
【００１９】
本発明による回転翼または回転翼要素の表面箔は、
ａ）２０〜２５００μｍ、好ましくは３０〜１６００μｍ、特に好ましくは５０〜１０００μｍの平均厚さ、および／または
ｂ）少なくとも５μｍ、好ましくは少なくとも１０μｍの最小厚さ、
を有することが望ましい。
【００２０】
これらの指示値は、一体型の回転翼または回転翼要素を形成するために樹脂が表面箔と反応した後の表面箔の厚さに関するものである。本発明によれば、本発明の回転翼要素または回転翼の製造には深絞り法の採用が特に好ましく、これについては以下に詳述するが、この深絞り法を用いる場合は、樹脂と反応する前の表面箔は、深絞りによって惹起される厚さの低下を補償するために、より大きな平均厚さまたはより高い最小厚さを有することができる。このような深絞り前の表面箔は、２０〜２５００μｍ、好ましくは３０〜１６００μｍ、特に好ましくは５０〜１０００μｍの厚さを有することが望ましい。
【００２１】
本発明の趣旨においては、平均厚さは、回転翼または回転翼要素にとって代表的な場所のランダムサンプルにおける表面箔の厚さの算術平均である。またここで、最小厚さは、本発明によるそれぞれの回転翼要素または回転翼の表面箔の最も薄い厚さである。
【００２２】
深絞り用に適した表面箔は、０〜１０００％、好ましくは５０〜６５０％の延伸性を有することを特徴とすることが望ましい。湾曲していない回転翼要素を製造するには、表面箔は深絞り性を有する必要はないことは明らかである。
【００２３】
表面箔は、好ましくは（少なくとも樹脂と反応する前には）熱可塑性のポリマー箔である。次のようなポリマーの箔が特に好ましい。すなわち、（以下の略語はＤＩＮ  ７７２８  Ｔ１による）ＡＢＳ、ＡＭＭＡ、ＡＳＡ、ＣＡ、ＣＡＢ、ＥＰ、ＥＶＡ、ＵＦ、ＣＦ、ＭＦ、ＭＰＦ、ＰＦ、ＰＡＮ、ＰＡ、ＰＥ、ＨＤＰＥ、ＬＤＰＥ、ＬＬＤＰＥ、ＰＣ、ＰＥＴ、ＰＭＭＡ、ＰＰ、ＰＳ、ＳＢ、ＰＵＲ、ＰＶＣ、ＲＦ、ＳＡＮ、ＰＢＴ、ＰＰＥ、ＰＯＭ、ＰＰ−ＥＰＤＭ、およびＵＰである。表面箔がポリウレタン箔であることが特に好ましいが、この場合、ポリウレタン−エーテル箔が特に好ましい。ポリウレタンおよび特に対応するエーテル箔によって、表面箔並びに製作された回転翼または回転翼要素の特に良好な特性が得られる。特に、これらの箔は非常に延伸性に富んでおり、このため、回転翼または回転翼要素用として用いられる深絞り製造方法において好適に使用可能である。さらに、このような表面箔は微細気泡を生じないように製造可能であり、回転翼および回転翼要素用として定められた深絞りステップの後にも無微細気泡性を維持する。これは、この表面箔を装着した回転翼または回転翼要素の稼動寿命を延長する。また、脂肪族の表面箔は、天候および凝縮水に対する抵抗力を有する点で有利である。さらに、このように選択された材料は、耐ＵＶ性も有するので、その下に位置する材料、特に、少なくとも部分的に硬化した樹脂をＵＶ放射から保護することも可能である。
【００２４】
表面箔は、また、特に十分に溶接可能なものにすることもできる。このような表面箔は、運転期間の間の若干の修理、あるいは回転翼または回転翼要素の製造を容易にする。この修理または製造は、例えば小石またはあられの粒の衝突によって時には不可避的に必要になる場合がある。この場合、このような表面箔を通常行われる方法によって溶接できることは特に有利である。溶接可能な箔の代わりに、選択された回転翼および回転翼要素用として、チューブ形態の表面箔を用いることも可能である。
【００２５】
さらに、風力エネルギー装置用として、ポリウレタン箔が、印刷可能であるか、浸透染色可能であるか、あるいは耐久性のある着色が可能であって、その結果、航空交通の安全上の理由から必要になるように、例えば信号標識を張り付けることができるようになると特に有利である。相当する標識については以下でさらに説明する。このような箔材料を含む表面箔、特にポリウレタン表面箔は、良好な耐熱性および耐候性を有し、また、有利なことに溶剤および／または可塑剤を含まず、好ましいことに高い耐摩耗性および貫入抵抗力を有する。
【００２６】
本発明による回転翼要素または回転翼用の表面箔は、樹脂と反応する前に不完全に橋かけ結合させるか、あるいは、プレポリマーとすることが望ましい。不完全な橋かけ結合によって、表面箔は、本発明の趣旨における一体型の回転翼または回転翼要素を形成するために、反応し易く、かつ特に硬化可能樹脂との共有結合を形成し易くなる点が有利である。これは、表面箔に、例えばプラズマ処理により、付加的な反応基、特にＯＨ基を付与することによって有利な形で促進できる。プラズマ処理および付加的な反応基によって、本発明の趣旨における一体型の回転翼または回転翼要素を形成するための、表面箔と樹脂との特に密接な反応を実現できる。
【００２７】
本発明による回転翼要素または回転翼用の硬化可能樹脂は、反応樹脂が適切であり、好ましくはエポキシ樹脂である。特に、溶剤または充填剤を含まない低粘度のエポキシ樹脂が好ましい。このようなエポキシ樹脂系は、ガラス繊維、炭素繊維および／またはアラミド繊維の加工に好適に使用可能であり、回転翼および回転翼要素のような高い静的および動的負荷を受ける構造部品の製造に適している。
【００２８】
硬化可能樹脂は、一体型の回転翼または回転翼要素を形成するために表面箔と反応した後は、もはや、あるいはもはやほとんど、さらに硬化可能である必要はないことは明らかである。当業者は、「硬化可能樹脂」という用語を、本発明との関連においては、樹脂の基本的な特性を指すものと理解して、回転翼または回転翼要素内に実質的になお存在する材料特性とは理解しない。従って、回転翼または回転翼要素を形成するために樹脂が表面箔と反応した後は、樹脂は、個々に別の態様に記述されない限り、表面箔に関しては硬化済みと理解されるべきである。それは、樹脂および表面箔は相互に反応しており、その結果、それらが、相互に、冒頭に述べた本発明の趣旨において取り外し不可能に相互に結合されているからである。これに対応して、樹脂は、本発明の趣旨において取り外し不可能な表面箔との結合が形成された後においても、例えばその内部においては、場合によってはさらに硬化することが可能である。これによって、製作型においてたった今成形されたばかりの回転翼要素または回転翼の樹脂が完全に硬化してしまう前に、本発明による回転翼要素または回転翼をすでに製作型から取り出すこと、そして、その製作型を新しい回転翼要素または回転翼の製造に用いることが可能になる。当業者にとっては、硬化を、種々の方法で、特に硬化剤を使用して実施し得ることは自明のことである。本明細書、実施例および請求項において別の意味に記述されない限り、「硬化可能な樹脂」という表現は、好ましくは常に樹脂−硬化剤系を意味する。
【００２９】
当業者は、表面箔の材料および樹脂の適切な組み合わせを、本明細書および実施例の記述に照らして選択できる。この場合、当業者は、特に独国特許出願公開第１０２００６０５１８９７Ａ１号明細書を参考にすることができる。この公開公報の内容は、参照によって完全に本願に組み込まれる。
【００３０】
樹脂および表面箔の材料は、ＤＩＮ  ＥＮ  ＩＳＯ  ４６２４による付着剥離力値として少なくとも１ＭＰａ、好ましくは少なくとも５ＭＰａの値を実現するように相互に適合させることが特に望ましい。これらの付着剥離力値は、特にエポキシ樹脂およびポリウレタン箔によって実現できる。同様に、樹脂および表面箔のこれらの材料によって、ＤＩＮ  ＥＮ  ＩＳＯ  ４６２８−４による亀裂等級として０（Ｓ０）を、ＤＩＮ  ＥＮ  ＩＳＯ  ４６２８−５による剥離等級として０（Ｓ０）を実現できる。特性試験の前に、使用する各試験体を、ＤＩＮ  ＥＮ  ２３２７０による標準条件（２３℃、５０％相対湿度）下で７日間保管しなければならない。
【００３１】
また、表面箔は、樹脂と反対側のその面において、ＤＩＮ  ＥＮ  ＩＳＯ  ４２０８７および４２８８による表面粗さＲｚとして、少なくとも１２．５ｍｍの測定距離において最大８μｍの値を有することが望ましい。
【００３２】
ポリウレタン箔の別の利点は気泡を含まないことである。これによって、特に平滑で強靭な回転翼および回転翼要素の製造が可能になる。
【００３３】
表面箔は透明にまたは着色化することができる。透明な表面箔の場合は、表面箔と硬化可能樹脂との間の結合の欠陥位置の検出が容易になる。箔は樹脂と反応させる前にすでに着色してしまうことが可能であり、また、箔は、その反応によって、またはその反応の間にその色を変化させるか、あるいは、事後に、例えば塗装によって着色できる。さらに、箔は、つや消ししたものにするか、あるいは反応後につや消しすることができる。特に、ＤＩＮ  ６７５３０による光沢度として３０ＧＥ以下の値を有する表面箔が好ましい。
【００３４】
着色回転翼要素または表面箔は、１つ以上の色、すなわちメノウグレー（ａｇａｔｅ  ｇｒｅｙ）ＲＡＬ７０３８、トラフィックレッドＲＡＬ３０２０、トラフィックオレンジＲＡＬ２００９、トラフィックホワイトＲＡＬ９０１６、およびファイアレッドＲＡＬ３０００に着色するのが望ましい。回転翼または回転翼要素は、表面箔上において追加的に塗装可能である。このような回転翼または回転翼要素は、その先端に信号塗装が塗布されることが望ましいが、特に好ましいのは、トラフィックレッドＲＡＬ３０２０、トラフィックオレンジＲＡＬ２００９、またはファイアレッドＲＡＬ３０００の信号塗装である。
【００３５】
本発明によれば、さらに、本発明による回転翼要素を含む回転翼と、本発明による回転翼または回転翼要素を備えた風力エネルギー装置とが提供される。この風力エネルギー装置は、本発明による回転翼または回転翼要素によって達成し得る利点を実現する。
【００３６】
本発明のさらに別の態様によれば、さらに、風力エネルギー装置の回転翼または回転翼要素の製造方法が提供される。この方法は、次のステップ、すなわち、
ａ）型を用意するステップと、
ｂ）場合によっては離型剤を型内に張着した後、型内に表面箔を装着するステップと、
ｃ）成形体、好ましくは繊維材料を型の中に装着し、場合によっては回転翼または回転翼要素の別の構成部品を装着し、および／または、場合によっては硬化可能樹脂用の流動補助剤を塗布するステップと、
ｄ）場合によっては表面箔を真空箔として張り付けるステップであって、少なくともステップｂ）およびｄ）のいずれかにおいて表面箔を装着または張り付けるステップと、
ｅ）回転翼または回転翼要素を形成するために、成形体、好ましくは繊維材料に硬化可能樹脂を含浸させ、かつ表面箔および樹脂が反応するように樹脂を硬化させるステップであって、本発明の趣旨において樹脂および表面箔を取り外し不可能に相互に結合するステップと、
を含む。
【００３７】
本発明の方法によって、風力エネルギー装置用の本発明による回転翼および回転翼要素の前記の利点を実現できる。ステップｄ）において張り付けられる表面箔は、従来方式における真空箔の機能を担い得るが、真空箔とは異なって、含浸樹脂と反応しており、回転翼または回転翼要素と一体的に結合されているので、製造プロセスの完了後に取り除く必要はない。
【００３８】
本発明によれば、さらに、風力エネルギー装置の回転翼要素または回転翼の修理方法が提供される。この方法は、次のステップ、すなわち、
ａ）回転翼要素または回転翼に繊維材料を張着するステップと、
ｂ）その繊維材料を表面箔でカバーするステップと、
ｃ）場合によっては、表面箔でカバーされた繊維材料に成形体を装着するステップと、
ｄ）繊維材料に硬化可能樹脂を作用させるステップと、
ｅ）その硬化可能樹脂を表面箔と反応させるステップと、
を含む。
【００３９】
反応ステップ後には、硬化可能樹脂および表面箔は、少なくともそれらが相互に反応した部分においては、本発明の趣旨において取り外し不可能に相互に結合されている。場合によっては、反応ステップ後に、未反応の飛び出ている表面箔を切断削除できる。従って、この修理方法は、同様に、本発明による前記の製造方法の利点を実現する。
【００４０】
ステップｄ）は、１つの好ましい修理方法においては、ステップａ）の前に実施できる。その結果、ステップａ）においては、硬化可能樹脂を含む繊維材料が張着される。さらに別の好ましい修理方法においては、繊維材料に、ステップｂ）の後で、および／または、実施される限りステップｃ）の後で、硬化可能樹脂を、減圧を印加して含浸させる。
【００４１】
１つの好ましい修理方法においては、表面箔および／または成形体に、ステップｅ）の前に真空箔が装着される。この真空箔は、取り外し不可能な結合を達成するために樹脂と反応するのではなく、繊維材料から気体を吸引する減圧の維持を補助しまたは可能にするために、回転翼要素または回転翼のできるだけ大きな範囲をカバーするように用いられるものである。真空箔の使用によって、減圧を維持するのに必要な表面箔の量を少なく保持でき、従って、この方法で材料を節減し得ることが有利である。
【００４２】
以上、本発明を、風力エネルギー装置用の回転翼と対応する回転翼要素とに基づいて記述してきた。しかし、本発明の新規性に関わる内容は、これらの対象物および記述された製造方法に限定されるわけではない。そうではなく、風力エネルギー装置のゴンドラも、好ましくは繊維補強体として、本発明による方法によって製造および／または修理することが可能である。
【実施例】
【００４３】
次に、本発明を実施例に基づいて詳しく説明する。
【実施例１】
【００４４】
真空箔としての表面箔を有する回転翼
本発明による風力エネルギー装置−回転翼の１つの実施形態およびその製造方法においては、２部分からなる閉じ込め可能な回転翼型が用意される。その回転翼型の中に離型被膜を張り付ける。この離型被膜の上に、ガラス繊維マットと、必要に応じてバルサ木材形状体および他の芯材並びに挿入構成部品とを載置する。引き続いて、ガラス繊維マットの別の層を載置し、そのマット材および芯材の含浸を促進する流動補助剤を配置する。最後に、ポリウレタン表面箔を真空箔として載置する。この真空箔は、含浸樹脂を含浸させる間の真空維持用として用いられるものである。
【００４５】
続いて、型を閉じ、適切な真空（実証済み：０．５ｍｂａｒ絶対圧力）を印加して、充填剤を含まない硬化剤含有エポキシ樹脂を吸引するために排気する。樹脂は、好ましくは約４５℃の樹脂温度において、吸引され、マットに含浸される。
【００４６】
含浸ステップ後に、樹脂を約４時間にわたって硬化させる。引き続いて、型を開放し、回転翼を取り出す。表面箔は、樹脂と反応しており、もはや、表面箔および／または硬化した樹脂を損傷することなく残りの回転翼部分から剥離することはできない。
【００４７】
回転翼には、続いて、望ましい場合にはさらに表面処理することが可能であり、例えば航空交通安全標識を設けることができる。
【実施例２】
【００４８】
離型被膜の代わりに表面箔を有する回転翼
別に実施形態においては、回転翼を、本質的には実施例１に記述したように製造する。但し、２部分からなる閉じ込め可能な回転翼型を用意した後、その回転翼型内に離型被膜を張り付けるのではなく、その代わりに表面箔を回転翼型内に装着する。この表面箔の上に、実施例１において記述したように、ガラス繊維マットと、必要に応じてバルサ木材形状体および他の芯材並びに挿入構成部品とを載置する。ガラス繊維マットの別の層を載置し、流動補助剤を塗布した後、ポリウレタン表面箔を真空箔として載置する。引き続いて、実施例１に記述したように、エポキシ含浸樹脂を含浸させて硬化させ、回転翼を取り出して、場合によっては表面処理する。表面箔は、樹脂と反応しており、もはや、表面箔および／または硬化した樹脂を損傷することなく残りの回転翼部分から剥離することはできない。
【実施例３】
【００４９】
樹脂含浸による修理方法
損傷した表面領域を有する回転翼を用意する。その損傷した表面領域を取り除くと、損傷した表面領域の代わりに回転翼における凹部が生じる。この凹部の中にガラス繊維のマットを装着する。引き続いて、マットへの含浸を促進するための流動補助剤を配置し、マットをポリウレタン表面箔でカバーする。損傷した表面領域において、回転翼の当初の損傷していない表面輪郭を復元し、かつ平滑な表面を生成するために、その表面箔の上に成形体を張り付ける。含浸させる際の減圧の維持を補助すると共に、成形体を回転翼表面に押し付けるために、表面箔および成形体の上に真空箔を張り付ける。減圧を印加してガラス繊維マットから気体を吸引することによって、エポキシ樹脂をガラス繊維マットの中に含浸させる。樹脂は少なくとも部分的に硬化し、その結果、樹脂は、樹脂および表面箔が相互に接触している箇所において表面箔と反応し、その箇所において、本発明の趣旨における表面箔および硬化可能樹脂の取り外し不可能な結合を生成する。引き続いて、真空箔および成形体を取り外し、必要な場合には、樹脂と結合していない表面箔を取り除く。これによって、当初の損傷していない表面の輪郭に正確に合致するように修復された回転翼表面が得られ、必要な場合にはその表面を塗装できる。
【実施例４】
【００５０】
樹脂の吸引排除による修理方法
実施例３において記述したように、損傷箇所を取り除くために、損傷箇所において回転翼に凹部を生じさせる。この凹部の中に、実施例３の場合と異なって、すでに過剰の硬化可能樹脂を浸透させたガラス繊維マットを装着する。続いて、実施例３の場合の記述と同様に手順を進行させる。その結果、減圧印加によって、過剰の樹脂がガラス繊維マットから排出される。これによって、樹脂が少なくとも部分的に硬化した後に、当初の損傷していない表面の輪郭に正確に合致するように修復された回転翼表面が得られ、必要な場合にはその表面を塗装できる。